CHUẨN ĐỘ AXIT - BAZƠ

Phương pháp phân tích chuẩn độ là phương pháp hóa học định lượng, dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một thể tích xác định dung dịch của chất có nồng độ chưa biết cần xác định. Cách xác định nồng độ của dung dịch đó gọi là sự chuẩn độ.
Trong phương pháp phân tích chuẩn độ, người ta dùng nhiều loại phản ứng hóa học như phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hóa - khử và lấy tên của các loại phản ứng đó đặt tên cho các phương pháp, nên ta có phương pháp chuẩn độ axit - bazơ, phương pháp chuẩn độ hóa - khử.
Chú ý: Mỗi phép chuẩn độ tiến hành ba lần để lấy kết quả trung bình của ba lần đó.

Trong phân tích chuẩn độ, dung dịch thuốc thử đã biết chính xác nồng độ gọi là dung dịch chuẩn. Khi chuẩn độ người ta thêm từ từ dung dịch chuẩn đựng trong buret vào dung dịch cần xác định nồng độ đựng trong bình tam giác. Thời điểm mà chất cần xác định nồng độ vừa tác dụng hết với dung dịch chuẩn gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng những chất gây ra những hiện tượng mà ta dễ quan sát được bằng mắt như sự đổi màu, sự xuất hiện kết tủa có màu hoặc làm đục dung dịch xảy ra tại điểm tương đương hoặc sát điểm tương đương, những chất đó gọi là chất hiển thị. Chất chỉ thị cho phép ta ngừng thêm dung dịch chuẩn vào để kết thúc chuẩn độ. Thời điểm kết thúc chuẩn độ là điểm cuối.
Dựa vào phương trình hóa học của phản ứng chuẩn độ, thể tích, nồng độ dung dịch chuẩn đã dùng và thể tích dung dịch cần xác định nồng độ ta xác định được nồng độ mol của nó.
2. Dụng cụ trong phân tích

Buret: là một ống thủy tinh hình trụ nhỏ được khắc độ theo chiều dài, đầu dưới của nó được thắt lại và được lắp một khóa thủy tinh điều khiển cho dung dịch chuẩn chảy ra từ từ theo từng giọt nối tiếp nhau.
Pipet: Để lấy một thể tích chính xác dung dịch chất cần phân tích (chất cần chuẩn độ), người ta dùng một dụng cụ gọi là pipet. Pipet là ống thủy tinh dài, bé được chế tạo phình ra ở khoảng giữa, một đầu được kéo dài. Ống có vạch mức. Một số pipet có dạng xilanh. Thể tích chất lỏng chứa trong pipet được biểu diễn bằng $ml$ và được ghi trên thành ngoài ở chỗ phần phình ra. Các pipet dạng xilanh được khắc độ chính xác tới $0,1  ml$.

Chuẩn độ axit - bazơ, hay còn gọi là chuẩn độ trung hòa, là phương pháp phân tích chuẩn độ được sử dụng rất rộng rãi để xác định nồng độ các dung dịch axit hoặc các dung dịch bazơ. Trong phương pháp này người ta dùng dung dịch kiềm ($NaOH$ hoặc $KOH$) đã biết chính xác nồng độ làm dung dịch chuẩn để chuẩn độ dung dịch axit hoặc dùng dung dịch axit mạnh $(HCl,  H_2SO_4, HNO_3)$ đã biết chính xác nồng độ để chuẩn độ dung dịch bazơ. Thực chất các phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa. Thí dụ, chuẩn độ dung dịch $HCl$ chưa biết nồng độ bằng dung dịch chuẩn $NaOH:$
$$HCl+NaOH \xrightarrow{{        }} NaCl+H_2O               (1)$$

Trong quá trình chuẩn độ, $pH$ của dung dịch thay đổi liên tục. Tại điểm tương đương, tức là thời điểm mà dung dịch chuẩn vừa trung hòa hết dung dịch axit hoặc bazơ cần chuẩn độ, $pH$ của dung dịch phụ thuộc vào bản chất của axit hoặc bazơ cần chuẩn độ và nồng độ của chúng. Với phản ứng $(1),  pH$ tại thời điểm tương đương là $pH$ của dung dịch $NaCl$ bằng $7,0$ và không phụ thuộc vào nồng độ của $NaCl.    pH$ tại thời điểm tương đương của phản ứng $(2)$ là $pH$ của dung dịch $CH_3COONa$ (bazơ yếu), nên $pH$ đó lớn hơn $7.    pH$ tại thời điểm tương đương của phản ứng $(3)$ là $pH$ của dung dịch $NH_4Cl$ (là axit yếu), nên $pH$ đó nhỏ hơn $7.$

Bảng sau đây ghi khoảng $pH$ đổi màu của $3$ chất chỉ thị thường được sử dụng nhiều trong chuẩn độ axit - bazơ.

Khi chuẩn độ để tránh những sai số  lớn, người ta dùng các dung dịch chuẩn có nồng độ gần với nồng độ của dung dịch chất cần xác định. Thí dụ, giả sử phải chuẩn độ $20,00 ml$ dung dịch $HCl  0,100M$ bằng dung dịch chuẩn $NaOH$. Trong trường hợp này ta không nên dùng dung dịch $NaOH$ có nồng độ lớn, thí dụ $1,00 M$. Trong trường hợp này điểm tương đương sẽ đạt được khi thêm vào $20,000 x \frac{0,100}{1,00}=2,00  (ml)$ dung dịch $NaOH  1,00M$. Trong trường hợp đó, nếu khi cho dư $1$ giọt dung dịch chuẩn có thể tích $0,05ml$ thì sai số sẽ là $\frac{0,05}{2}.100=2,5 \% $. Vì thế, ta nên dùng dung dịch $NaOH   0,100M$ để chuẩn độ thì không mắc các sai số lớn.
2. Chuẩn độ dung dịch $HCl$ bằng dung dịch chuẩn $NaOH$

Trước hết ta hãy xét sự biến thiên $pH$ trong quá trình chuẩn độ. Giả sử ta chuẩn độ $V_0ml$ dung dịch $HCl$ nồng độ $C_0 mol/l$ bằng dung dịch chuẩn $NaOH$ nồng độ $C  mol/l$.
Phản ứng chuẩn độ:

$[OH^-]=\frac{CV-C_0V_0}{V_0+V}                (3)$
$pOH=-lg [OH^-];   pH=14-pOH                 (4)$

Thí dụ: áp dụng công thức trên, khi chuẩn độ $100 ml$ dung dịch $HCl    0,100M$ bằng dung dịch chuẩn $NaOH    0,100M$, ta tính được $pH$ trong quá trình thêm dần dung dịch chuẩn $NaOH$ vào và các kết quả được ghi trong bảng sau:

Như vậy, xung quanh điểm tương đương có một sự thay đổi $pH$ rất đột ngột: Khi thêm $99,9  ml    NaOH$ vào tức là khi đã chuẩn độ $99,9 \%$ lượng axit thì $pH$ của dung dịch bằng $4,3$. Khi thêm vào $100,1  ml   NaOH$ tức là khi đã chuẩn độ quá $0,1\%$ thì $pH$ của dung dịch bằng $9,7$ tức là ''bước nhảy $pH$ là $5,4$ đơn vị $pH$''. Nếu ta chọn các chất chỉ thị nào có khoảng đổi màu nằm trong khoảng từ $4,3$ đến $9,7$ để kết thúc chuẩn độ thì sao số không vượt quá $0,1\%$. Ta thấy trong trường hợp này có thể dùng một trong 3 chất chỉ thị metyl da cam, metyl đỏ và phenolphtalein làm chất chỉ thị.
- Cách chuẩn độ: Lấy dung dịch chuẩn $NaOH$ vào buret. Lấy dung dịch $HCl$ cần xác định nồng độ vào bình tam giác sạch (dùng pipet). Thêm vào đó $1 - 2$ giọt chất chỉ thị, thí dụ phenolphtalein. Thêm từ từ dung dịch chuẩn vào đến khi dung dịch chất chỉ thị chuyển màu từ không màu sang màu hồng thì kết thúc. Đọc thể tích dung dịch chuẩn đã tiêu tốn.
- Cách tính: Nồng độ mol của dung dịch $HCl$ được tính theo công thức